[发明专利]AZ91D稀土镁合金的挤压铸造制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及镁合金的制备工艺，具体为一种AZ91D稀土镁合金的挤压铸造制备工艺。

背景技术

目前市场上的镁合金铸件采用压力铸造的方法实现成型，力学性能较差。压力铸造（简称压铸）的实质是在高压作用下，使液态或半固态金属液以较高的速度充填压铸型腔，并在压力下成型和凝固而获得铸件的方法。高压和高速填充压铸型是压铸的是两大特点。压射比压通常是几兆帕到几十兆帕，填充速度约在10-50m/s，充型时间很短，一般在0.01-0.2s范围内。一般压铸方法由于金属液填充速度快，流态不稳定，铸件容易生产气孔，不能进行热处理；对内凹复杂铸件，压铸较为困难；不宜小批量生产，主要原因是压铸型制造成本高，小批量生产不经济。

发明内容

本发明为了解决现有镁合金的基本相及制备过程中易产生气孔、压铸异型铸件困难且成本高影响镁合金力学性能的问题，提供了一种AZ91D稀土镁合金的挤压铸造制备工艺。

本发明是采用如下技术方案实现的：AZ91D稀土镁合金的挤压铸造制备工艺，采用如下步骤：a、将AZ91D镁合金放入电阻炉升温至180-220℃，保温20min，除去原料上附着的水气及油污；b、继续升温至400℃，通入空气、二氧化碳和四氟乙烷体积比为74:25:1的混合气体，使原料不被氧化；c、继续升温至760-800℃，加入预热后的Mg-25%Y中间合金，Mg-25%Y中间合金占镁合金的质量分数为6-10%，熔化后用石墨棒搅拌均匀；d、待镁合金及中间合金熔化后，旋转喷吹Ar气结合MgO泡沫陶瓷过滤，对镁液复合净化30min；e、降温至715-725℃，将金属液倒入预热好的模具后，挤压顶出坯料，切割后进行T4热处理，模具预热温度为200-250℃，挤压压力为95-105MPa、保压时间20-25s。

本发明所述的镁合金制备工艺是经过大量的反复试验得出的。挤压铸造过程中，挤压压力过小，镁合金组织不够细密，挤压压力过大，模具易损坏；保压时间过短，坯料可能未完全凝固，导致铸件变形；保压时间过长，坯料不易顶出；模具温度太低，坯料的冷却速度过快，组织力学性能差；模具温度过高，保压时间将会延长，不利于高效生产；同时采用T4热处理使稀土钇由晶界扩散到晶内，镁合金组织更加均匀，力学性能提升，镁合金挤压铸造克服了现有镁合金的基本相及制备过程中易产生气孔、压铸异型铸件困难且成本高影响镁合金力学性能的问题。

本发明采用先进的无熔剂熔炼工艺，并添加稀土元素钇，通过挤压铸造成型，提高镁合金的综合力学性能，原先的AZ91D镁合金采用普通金属型重力铸造时强度较低，抗拉强度为100.7MPa，延伸率只有1.5%；而AZ91D稀土镁合金采用挤压铸造工艺后，抗拉强度达到了229.0MPa，延伸率达到了8.5%，硬度达到了85.4，由于高压凝固和塑性变形同时存在，制件无缩孔、缩松等缺陷，组织细密，力学性能较高，且无需冒口补缩和最后清理，因而液态金属或合金利用率高，具有工序简化、无需深加工即可使用、节约原材料的使用且降低成本的优点。

具体实施方式

AZ91D稀土镁合金的挤压铸造制备工艺，采用如下步骤：a、将AZ91D镁合金放入电阻炉升温至180（197或220）℃，保温20min，除去原料上附着的水气及油污；b、继续升温至400℃，通入空气、二氧化碳和四氟乙烷体积比为74:25:1的混合气体，使原料不被氧化；c、继续升温至760（769或800）℃，加入预热后的Mg-25%Y中间合金，Mg-25%Y中间合金占镁合金的质量分数为6（8.9或10）%，熔化后用石墨棒搅拌均匀；d、待镁合金及中间合金熔化后，旋转喷吹Ar气结合MgO泡沫陶瓷过滤，对镁液复合净化30min；e、降温至715（716或725）℃，将金属液倒入预热好的模具后，挤压顶出坯料，切割后进行T4热处理，模具预热温度为200（222或250）℃，挤压压力为95（103或105）MPa、保压时间20（22或25）s。

具体实施过程中，拉伸试验在CMT5105型微扣电子万能试验机上进行，最大试验力100KN，拉伸速率为2mm/min。根据实验方案，对AZ91D稀土镁合金挤压态试样和固溶处理试样进行光学显微组织观察，试样所用腐蚀剂配比为:苦味酸1g，乙酸1ml，硝酸1ml，蒸馏水150ml，断口组织采用SU-1500型扫面电子显微镜(SEM)进行观察；合金的相组成用日本理学（RIGAKU）公司生产的D/max-rB型X射线衍射仪测试,实验条件为40 kV, 100 mA, CuKα辐射,扫描速度5°/min，扫描角度10°-90°。